Đề tài nghiên cứu khoa học ứng dụng matlab để xây dựng một số chương trình tính toán kết cấu bê tông cốt thép theo tcvn 5574 2012

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG  NGUYỄN ĐỨC PHƯƠNG ỨNG DỤNG MATLAB ĐỂ XÂY DỰNG MỘT SỐ CHƯƠNG TRÌNH TÍNH KẾT BÊ TƠNG Đề TỐN tài nghiên cứu CẤU khoa học CỐT THÉP (BTCT) THEO TCVN 5574-2012 ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC KHÁNH HÒA – 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG  NGUYỄN ĐỨC PHƯƠNG ỨNG DỤNG MATLAB ĐỂ XÂY DỰNG MỘT SỐ CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TỐN KẾT CẤU BÊ TƠNG CỐT THÉP (BTCT) THEO TCVN 5574-2012 Đề tài nghiên cứu DÂN khoa học CHUYÊN NGÀNH: XÂY DỰNG DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP MÃ SỐ: KHỐ HỌC: 2011 - 2015 ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Giáo viên hướng dẫn: Ths LÊ THANH CAO KHÁNH HÒA - 2015 Đề tài tốt nghiệp Trang Mục Lục MỤC LỤC Mở đầu Chương 1: Tổng quan 1.1 Khái niệm nén lệch tâm xiên 1.2 Nội lực để tính tốn nén lệch tâm xiên 1.3 Sự làm việc nén lệch tâm xiên 1.4 Ứng suất cốt thép 1.5 Các trường hợp tính tốn nén lệch tâm 10 1.6 Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCXDVN 5574:2012 11 1.7 Theo tiêu chuẩn Việt Nam 5574-1991 12 1.8 Theo tiêu chuẩn Mỹ ACI 318-99 14 1.9 Các yêu cầu đặt vấn đề tính tốn cấu kiện bê tông cốt thép chịu nén lệch tâm xiên 16 Chương 2: Nghiên cứu cách đọc liệu vào chương trình Matlab từ kết phân lực phần mềmkhoa Etabs học Đề tích tàinội nghiên cứu 2.1 Nội lực tính tốn nén lệch tâm xiên 17 2.2 Viết chương trình để đọc nội lực vào Etabs 17 Chương 3: Nghiên cứu cách tổ hợp nội lực cột tự động theo tiêu chuẩn hành 3.1 Cách tổ hợp nội lực theo tiêu chuẩn 20 3.2 Lập trình cách tổ hợp nội lực cột tự động 21 Chương 4: Xây dựng chương trình thiết kế cốt thép cột 4.1 Cơng thức gần tính tốn cốt thép nén lệch tâm xiên 24 4.2 Viết chương trình tính tốn cốt thép nén lệch tâm xiên 27 Chương 5: Xây dựng giao diện chương trình thiết kế 5.1 Sơ lược lập trình giao diện người dùng(guide) Matlab 32 5.2 Bắt đầu với theo tác Gui 33 5.3 Thiết kế giao diện (Gui) 36 5.4 Thực hàm Guide 39 5.5 Lập trình đối tượng 42 Chương 6: Kết luận Giáo viên hướng dẫn: Ths Lê Thanh Cao Sinh viên: Nguyễn Đức Phương Đề tài tốt nghiệp Trang Mục Lục 6.1 Về chương trình tính gần cốt thép 46 6.2 Một số hướng phát triển đề tài 46 Chương 7: Tài liệu tham khảo 47 Đề tài nghiên cứu khoa học Giáo viên hướng dẫn: Ths Lê Thanh Cao Sinh viên: Nguyễn Đức Phương Đề tài tốt nghiệp Trang Mở đầu MỞ ĐẦU Bê tông cốt thép lĩnh vực nghiên cứu khó, tính tốn cấu kiện chịu nén lệch tâm xiên Việc tính tốn xác cấu kiện cột bê tông cốt thép chịu nén lệch tâm xiên theo tiêu chuẩn Việt Nam TCXDVN 5574:2012 không đơn giản Ở nước ngồi, việc tính tốn thiết kế kết cấu cột bê tông cốt thép thực tự động phần mềm kết cấu dựa phươg pháp phần tử hữu hạn SAP, ETABS Các tiêu chuẩn thiết kế đưa vào phần mềm giúp cho người kỹ sư thiết kế điều chỉnh phương án nhanh chóng, xác Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông cốt thép Việt Nam chưa đưa vào phần mềm SAP, ETABS Do đó, việc tính tốn thiết kế kết cấu cột bê tông cốt thép theo TCVN thực bán tự động theo quy trình: Sử dụng phần mềm kết cấu để tính tốn nội lực, tổ hợp nội lực thủ cơng tính tốn cốt thép Quy trình làm giảm suất thiết kế, đặc biệt khó khăn việc thay đổi phương án thiết kế Một số đề xuất đưa nhằm sử dụng tiêu chuẩn thiết kế nước khác thông qua hệ số quy đổi để thiết kế tự động kết cấu cột, nhiên kết không giống với TCVN tài nghiên Ngoài ra,Đề tiêu chuẩn nướccứu thếkhoa giới cũnghọc số nghiên cứu tác giả Việt Nam xây dựng cơng thức gần để tính tốn cấu kiện cột bê tơng cốt thép chịu nén lệch tâm xiên Tuy nhiên, phù hợp cơng thức gần với tiêu chuẩn TCXDVN 5574:2012 phải xem xét Em xin chân thành cám ơn thầy Lê Thanh Cao tận tình giúp đỡ em hoàn thành đè tài Em biết ơn thầy, cô trường Đại học Nha Trang truyền đạt cho em thêm nhiều kiến thức năm học vừa qua Giáo viên hướng dẫn: Ths Lê Thanh Cao Sinh viên: Nguyễn Đức Phương Đề tài tốt nghiệp Trang Mở đầu 1.TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỂ TÀI: Thực tế tính tốn thiết kế phần lớn tính theo lệch tâm phẳng, điều dẫn đến sai lệch thiết kế Do đó, đưa đến u cầu cần phải có mơt chương trình mang tính ứng dụng cao với mức độ xác đảm bảo phù hợp với tiêu chuẩn TCXDVN 5574:2012 Vì cần phải cho đời phần mềm tính thép sử dụng miễn phí với tính dễ sử dụng áp dụng theo tiêu chuẩn Việt Nam Việc xây dựng chương trình máy tính để tổ hợp tính tốn cho cấu kiện bê tơng cốt thép chịu nén lệch tâm xiên theo TCXDVN 5574:2012 giúp người sử dụng hồn thành tốt cơng việc cách xác nhanh chóng Và lý hình thành nên đề tài: “Xây dựng chương trình thiết kế cốt thép cột bê tông cốt thép (BTCT) tự động phần mềm MATLAB” MỤC TIÊU ĐỀ TÀI: Xây dựng chương trình tự động hố việc lấy liệu phần tử cột từ chương trình ETABS tiến hành tổ hợp để tìm nội lực nguy hiểm sau tính tốn cốt thép đưa giải pháp lựa chọn cốt thép hợp lý 3.ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU: 3.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU: Đề tài nghiên cứu khoa học - Cột bê tông cốt thép chịu nén lệch tâm - Cấu trúc liệu nội lực cột 3.2 PHẠM VI NGHIÊN CỨU: - Nghiên cứu tập trung vào tổ hợp ba thành phần nội lực tính tốn kết cấu cột: Lực dọc, momen lực cắt - Kết cấu cột nghiên cứu cột hình chữ nhật chịu nén lệch tâm phẳng, lệch tâm xiên CÁCH TIẾP CẬN, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU: 4.1 CÁCH TIẾP CẬN: - Nghiên cứu cách đọc liệu vào chương trình MATLAB từ kết phân tích nội lực phần mềm ETABS - Tìm hiểu cấu trúc liệu nội lực kết cấu cột - Xây dựng thuật toán tổ hợp nội lực cột tự động để tìm tổ hợp nội lực dùng để thiết kế cốt thép - Xây dựng chương trình thiết kế cốt thép cột theo trường hợp: tâm, lệch tâm phẳng, lệch tâm xiên từ kết nội lực Giáo viên hướng dẫn: Ths Lê Thanh Cao Sinh viên: Nguyễn Đức Phương Đề tài tốt nghiệp Trang Mở đầu 4.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU: - Mơ hình kết cấu khung bê tông cốt thép cụ thể, thiết kế cốt thép cột theo cách thơng thường - Xây dựng thuật tốn tổ hợp nội lực thiết kế cốt thép theo TCVN - So sánh kết tổ hợp nội lực tự động chương trình với kết tổ hợp thủ cơng - So sánh kết tính thép cột tự động với kết tính thép thủ cơng 5.BỐ CỤC ĐỀ TÀI: Chương 1: Tổng Quan Chương 2: Nghiên cứu cách đọc liệu vào chương trình MATLAB từ kết phân tích nội lực phần mềm ETABS Chương 3: Nghiên cứu cách tổ hợp nội lực cột tự động theo tiêu chuẩn hành Chương 4: Xây dựng chương trình thiết kế cốt thép cột theo trường hợp: tâm, lệch tâm phẳng, lệch tâm xiên Chương 5: Xây dựng giao diện chương trình Chương 6: Kết Luận Đề tài nghiên cứu khoa học Giáo viên hướng dẫn: Ths Lê Thanh Cao Sinh viên: Nguyễn Đức Phương Đề tài tốt nghiệp Trang Chương I: Tổng quan CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 KHÁI NIỆM NÉN LỆCH TÂM XIÊN: - Nén lệch tâm xiên trường hợp nén lệch tâm mà mặt phẳng uốn không chứa trục đối xứng tiết diện - Thực tế thường gặp tiết diện hình chữ nhật có hai trục đối xứng (tiết diện trịn khơng xảy nén lệch tâm xiên) - Gọi hai trục đối xứng tiết diện Ox Oy Góc mặt phẳng uốn trục Ox o N N Mx M o My o Đề tài nghiên cứu khoa học Hình 1.1 Sơ đồ nội lực nén lệch tâm xiên - Có thể phân mômen uốn M thành hai thành phần tác dụng hai mặt phẳng chứa trục Ox Oy Mx My (Xem hình vẽ 1.1) Mx = M.cos My = M.sin - Trường hợp tính tốn nội lực xác định tổ hợp riêng Mx My theo hai phương mơmen tổng M là: M = M x2  M y2 - Góc hợp véctơ mơmen tổng M trục Ox (góc ) xác định bởi: tgo = My Mx - Cột chịu nén lệch tâm xiên thường gặp khung xét làm việc cột đồng thời chịu uốn theo hai phương - Tiết diện chữ nhật chịu nén lệch tâm xiên cốt thép thường đặt theo chu vi đối xứng qua hai trục Trường hợp Mx  My nên làm cột vng 1.2 NỘI LỰC ĐỂ TÍNH TĨAN NÉN LỆCH TÂM XIÊN: - Nội lực để tính tóan nén lệch tâm xiên lấy từ kết tổ hợp tải trọng, cần ý đến ba nội lực (N, Mx, My) sau: Giáo viên hướng dẫn: Ths Lê Thanh Cao Sinh viên: Nguyễn Đức Phương Đề tài tốt nghiệp Trang Chương I: Tổng quan  Nmax Mx, My tương ứng  Mxmax N, My tương ứng  Mymax N, Mx tương ứng  Mx&My lớn N tương ứng M Mx e2x = y lớn N N  Có độ lệch tâm e1x = - Trong ba nội lực, cần xét đến độ lệch tâm ngẫu nhiên ea theo phương ảnh hưởng uốn dọc theo phương Hệ số uốn dọc theo phương i tính theo cơng thức sau: i = N 1 N thi ; Với vật liệu đàn hồi, Nthi =  EJ i loi2 Với bê tơng cốt thép , Nth tính theo công thức thực nghiệm - Sơ đồ nội lực tính tính tốn đưa thành lực N đặt điểm D có toạ độ xeox yeoy (Hình 1.2) Điểm E nằm bên bên ngồi tiết diện, góc phần tư phụ thuộc chiều tác dụng M x My Đề tàivàonghiên cứu khoa học - Sau xét độ lệch tâm ngẫu nhiên uốn dọc mơmen tác dụng theo phương tăng lên thành M x* M *y : M x* = Nxeox ; M *y = Nyeoy Cx Cx x eox Cy y eoy x x eox Cy E y y eoy x E y Hình 1.2 Sơ đồ nội lực với độ lệch tâm 1.3 SỰ LÀM VIỆC NÉN LỆCH TÂM XIÊN: - Với cấu kiện làm vật liệu đàn hồi đồng chịu nén lệch tâm xiên, dùng phương pháp cộng tác dụng để tính ứng suất: = My Mx N x y Jx Jy F Giáo viên hướng dẫn: Ths Lê Thanh Cao Sinh viên: Nguyễn Đức Phương Đề tài tốt nghiệp Trang Chương I: Tổng quan Điều kiện bền hạn chế ứng suất  không vượt ứng suất cho phép cường độ tính tốn vật liệu - Khi tính theo trạng thái giới hạn, khơng thể tính riêng ứng suất loại nội lực nên dùng phương pháp cộng tác dụng mà phải xét tác dụng đồng thời N, Mx , My - Khi chịu nén lệch tâm xiên, tuỳ theo vị trí điểm đặt lực tương quan nội lực & kích thước tiết diện cách bố trí cốt thép mà xảy trường hợp tồn tiết diện chịu nén phần tiết diện chịu nén & phần tiết diện chịu kéo - Với tiết diện có phần chịu nén vùng nén dạng (Hình 1.3) Trong đó:  Trục trung hoà trục cách đỉnh chịu nén lớn đoạn xo  Giới hạn vùng nén đường thẳng cách đỉnh chịu nén lớn đoạn x=xo ( = 0.80.85): vùng bê tông chịu nén X o X Xo X Đề tài nghiên cứu khoa học Vïng nÐn tÝnh ®ỉi Xo X X Xo Hình 1.3 Các dạng vùng nén - Đến trạng thái giới hạn, ứng suất bê tông xem phân bố đạt đến giá trị Rb Ứng suất cốt thép xa trục trung hồ đạt đến Rs (kéo) Rsc (nén), cốt thép gần trục trung hoà ứng suất bé - Tuỳ theo quan điểm tính tốn mà tiêu chuẩn nước đưa cách tính ứng suất thép i khác Giáo viên hướng dẫn: Ths Lê Thanh Cao Sinh viên: Nguyễn Đức Phương